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三种固有噪声.ppt


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C A S I P P
OP放大器的噪声分析
晁慧丽
2010-1-15
内容
1、OP放大器的内部噪声
2、噪声的表现方法
3、对OP放大器的影响
4、减小内部噪声的方法
OP放大器的内部噪声
这里所讲的噪声,不是由电路的制作方法或外部的感应带来的噪声,而是OP放大器或电阻等部件内部产生的噪声。这种内部噪声从本质上的意义称为固有噪声(intrinsic noise)这
里所
噪声通常定义为信号中的无用信号成分。例如当正在处理的信号频率是20kHz时,如果系统中混有50kHz的信号,那么50kHz信号就可称为噪声。事实上,噪声无处不在,种类繁多。
三种固有噪声—热噪声
OP放大器产生的固有噪声主要有以下三种:
(1)热噪声(thermal noise)
(2) 散粒噪声(shot noise)
(3)接触噪声(contact noise)
“热噪声”采用发现者的名字,也称为“约翰逊噪声”。由带电子或电荷的
载流子(电子或空穴)在导体的不规则地运动产生。对温度有很强的依赖性,
电阻R发生的噪声有效电压由奈奎斯特的公式表示为


其中,K为波尔兹曼常数(*10-23焦耳/K),T为绝对温度(K),R为电阻
值(Ω),B为测量带宽(Hz)。
热噪声的重要特性之一就在于频谱密度图较平坦(也就是说所有频率的能
量相同)
三种固有噪声--散粒噪声
“散粒噪声”由肖特基做出解释,因此也称为“肖特基噪声”。当
电压超过一定的阈值且电流流出时,由于其流动方式是随机性的,所以
产生噪声。半导体由穿越中转的载流子的随机扩散而产生。噪声电流的
有效值为


其中,q为电子的电荷(*10-19 ),I d 为平均电流(A), △f
为测量带宽(Hz)。
散粒噪声与平均电流的平方根成正比,而与温度无关。
热噪声和散粒噪声的噪声源行为不同,其所噪声功率频谱难以区分,
但是都均匀地分布在整个频谱范围内。通常被合称为白噪声,就像白光
功率谱均匀地分布在可见光谱范围内。
三种固有噪声--接触噪声
接触噪声是由于材料的不完全接触造成电阻变化而产
生的。按照从固有噪声中除去前面两种后剩下的噪声的意
思,也称为“剩余噪声”。在真空管中,也称为“闪变效
应噪声”。由于这种噪声的电力密度分布为1/f的比例,所
以也称为“1/f”噪声,低频时显著—“低频噪声”

除此职位,特别对于OP放大器而言,成为问题的还有
“米花状噪声”,也称为“脉冲噪声”,是偶然发生的范
围较广的脉冲,主要是由制造技术问题引起的。
噪声的表现方法
噪声通常用其频率分布(noise spectral density)来表示,横轴取
频率,纵轴取噪声大小。也就是,知道什么频率出现什么噪声,就能准确估计噪声的影响。表示噪声大小的纵轴常见或
。因为它是由相互间没有关系的两个噪声电压相加时,为乘方和的平方根这一法则构成。
设从fx到fx+ △△f的频率,
压为e1,。从10Hz
+ e2,而是


若上面的微小频率△f一直缩小,那么从fL到fH之间的噪声电压为:
噪声的表现方法
热噪声和散粒噪声在任何频率中都均匀分布。接触噪
声也就是1/f噪声,以某个频率为界限,每当这个频率界限
下降一位数,噪声的功率en2就变成10倍。图的纵轴是以电
压为刻度的,频率每下降2位数,噪声电压就增加1位数。
从这个特性可以得到几个有助于实际应用的几个线索:
①1/f 噪声超过其白噪声的频率称为转角频率(corner
frequency)
②从转角频率下,1/f噪声成为支配者,其他的可以忽略;
噪声的表现方法
图 1 典型OP放大器的噪声分布
电流噪声
电压噪声
噪声的表现方法
图 2 OP放大器的噪声分布

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